CN109456002B - 一种高强度再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度再生混凝土及其制备方法，涉及建筑材料领域。高强度再生混凝土的原料包括如下重量份数的组分：普通硅酸盐水泥75～85份；天然细骨料50～60份；改性再生粗骨料90～100份；粉煤灰8～10份；微硅粉6～10份；聚羧酸减水剂1～2份；葡萄糖酸钠8～12份；纳米碳纤维5～6份；不锈钢纤维8～10份；水35～45份。本发明具有抗压强度高、抗渗性能好的优点。

Description

一种高强度再生混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度再生混凝土及其制备方法。

背景技术

再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料(主要是粗集料)，再加入水泥、水等配而成的新混凝土。再生混凝土按集料的组合形式可以有以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。

在公开号为CN107010896A的中国发明专利中公开了一种掺加短切玄武岩纤维和再生粗骨料的再生混凝土，其特征在于：由下述重量份的原料制成：水100～300份，普通硅酸盐水泥300～500份，中砂500～700份，天然碎石500～650份，再生粗骨料500～650份，粉煤灰30～50份，减水剂1～5份和短切玄武岩纤维1～6份。

上述专利中的再生粗骨料与天然骨料相比：再生粗骨料表面包裹有已硬化的水泥浆，故再生粗骨料与新旧砂浆之间存在的粘接较为薄弱，再生粗骨料吸水率大，其用水量有所增加，再生粗骨料的强度交底，压碎值较大，而且初始损伤还二次破坏损伤使得再生粗骨料内部存在大量微裂缝，因此其抗压强度比普通混凝土低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种高强度再生混凝土，其具有抗压强度高的优点。

本发明的目的二在于提供一种高强度再生混凝土的制备方法，其具有抗压强度高的优点。

为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：

一种高强度再生混凝土，其原料包括如下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥 75～85份；

天然细骨料 50～60份；

改性再生粗骨料 90～100份；

粉煤灰 8～10份；

微硅粉 6～10份；

聚羧酸减水剂 1～2份；

葡萄糖酸钠 8～12份；

纳米碳纤维 5～6份；

不锈钢纤维 8～10份；

水 35～45份；

所述改性再生粗骨料的制备方法为：

(1)将废弃的混凝土破碎成5～40mm的骨料，然后将破碎的骨料用水清洗，自然风干，得到干骨料；

(2)将渗透剂、纳米二氧化钛和水混合均匀形成改性液，将干骨料投入改性液中，搅拌混合均匀，得到悬浮液；

(3)将悬浮液放入密闭容器中，向悬浮液内通入二氧化碳气体，过滤，将骨料风干后，得到改性再生粗骨料。

通过采用上述技术方案，清洗骨料可以去除粘附在骨料表面的灰尘，纳米二氧化钛是为了填充骨料存在的较大孔隙和裂缝，渗透剂增加了纳米二氧化钛的渗透性，使其更容易进入骨料内部的孔隙和裂缝，增强骨料的结构强度，二氧化碳气体通入悬浮液时，一部分二氧化碳溶解在水中后，与骨料中的水化产物氢氧化钙反应生成碳酸钙，碳酸钙可以改善骨料与水泥浆的接触界面，增强混凝土的强度，减小再生骨料孔隙率，纳米碳纤维能够填充骨料之间的缝隙，从而使得再生混凝土的孔隙率降低，增强再生混凝土的抗压强度。微硅粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，显著提高混凝土抗压、抗冲击及耐磨性能。不锈钢纤维具有高弹性模量、高抗弯、抗拉强度等优点，加入不锈钢纤维后，大大提高了混凝土的耐磨性和抗压强度。

微硅粉、纳米碳纤维、不锈钢纤维和改性再生粗骨料配合使用后，协同增效，能够显著提高混凝土的抗压强度。

进一步优选为，所述步骤(2)中的渗透剂、纳米二氧化钛和水的重量份数分别为10～15份、1～3份、80～90份。

通过采用上述技术方案，在上述配比下，纳米二氧化钛能够分散均匀，且容易进入干骨料内部的孔隙和裂缝，提高干骨料的压碎值。

进一步优选为，所述步骤(2)中的干骨料与改性液的体积比为(20～30):100。

通过采用上述技术方案，干骨料的体积太小，改性液中的纳米二氧化钛不能充分利用，干骨料的体积太大，不利于纳米二氧化钛和干骨料充分接触，因此，干骨料与改性液的体积比为(20～30):100。

进一步优选为，所述步骤(2)中的渗透剂选自辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种。

通过采用上述技术方案，上述渗透剂属于非离子表面活性剂，分子中的醚键不易被酸、碱破坏，所以稳定性较高，水溶性较好，耐电解质，易于生物降解，泡沫小，适合于本发明的干骨料改性处理。

进一步优选为，所述步骤(3)中的二氧化碳气体的流量为5～10L/min。

通过采用上述技术方案，二氧化碳气体流量太小，难以满足碳化反应的需求量，二氧化碳的流量太大，二氧化碳难以溶解于水中并与骨料中的水化产物发生反应，造成浪费。

进一步优选为，所述步骤(3)中将骨料风干后，在骨料表面喷涂环氧树脂与固化剂的混合物。

通过采用上述技术方案，固化剂与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把骨料包络在网状体之中，提高骨料之间的粘接力，提高混凝土的抗压强度。

进一步优选为，所述环氧树脂与固化剂的混合物与骨料的重量比为10～20:100。

通过采用上述技术方案，混合物喷涂太多，抗压强度会下降，混合物喷涂太少，骨料之间的粘接力太小，混凝土的抗压强度达不到要求。

进一步优选为，所述固化剂选自聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂或聚酮胺固化剂中的任意一种。

通过采用上述技术方案，上述固化剂能够促进环氧树脂固化。

为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：

一种高强度再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将天然细骨料、改性再生粗骨料、不锈钢纤维混合均匀，得到第一混合物；

步骤二，普通硅酸盐水泥、粉煤灰、微硅粉混合均匀得到第二混合物；

步骤三，将聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、纳米碳纤维、水混合均匀，得到第三混合物；

步骤四，将第一混合物和第二混合物依次加入第三混合物中，混合均匀，得到抗渗混凝土。

通过采用上述技术方案，对再生粗骨料进行改性后，减小再生骨料孔隙率，纳米碳纤维能够填充骨料之间的缝隙，从而使得再生混凝土的孔隙率降低，增强再生混凝土的机械性能。微硅粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，显著提高混凝土抗压、抗冲击及耐磨性能。不锈钢纤维具有高弹性模量、高抗弯、抗拉强度等优点，加入不锈钢纤维后，大大提高了混凝土的耐磨性和抗压强度。微硅粉、纳米碳纤维、不锈钢纤维和改性再生粗骨料配合使用后，协同增效，能够显著提高混凝土的抗压强度。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过对再生粗骨料进行改性后，减小再生骨料孔隙率，纳米碳纤维能够填充骨料之间的缝隙，从而使得再生混凝土的孔隙率降低，增强再生混凝土的机械性能，微硅粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，显著提高混凝土抗压、抗冲击及耐磨性能，加入不锈钢纤维后，大大提高了混凝土的耐磨性和抗压强度，微硅粉、纳米碳纤维、不锈钢纤维和改性再生粗骨料配合使用后，协同增效，能够显著提高混凝土的抗压强度；

(2)本发明通过在骨料表面喷涂环氧树脂与固化剂的混合物，固化剂与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把骨料包络在网状体之中，提高骨料之间的粘接力，进一步提高混凝土的抗压强度；

(3)本发明能够回收利用废弃混凝土，降低污染，绿色环保。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：一种高强度再生混凝土，其原料包括如下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥 75份；

天然细骨料 60份；

改性再生粗骨料 90份；

粉煤灰 8份；

微硅粉 10份；

聚羧酸减水剂 1份；

葡萄糖酸钠 8份；

纳米碳纤维 5份；

不锈钢纤维 8份；

水 35份；

改性再生粗骨料的制备方法为：

(1)将废弃的混凝土破碎成5～40mm的骨料，然后将破碎的骨料用水清洗，自然风干，得到干骨料，干骨料的含水率为2.5％；

(2)将渗透剂、纳米二氧化钛和水混合均匀形成改性液，渗透剂、纳米二氧化钛和水的重量份数分别为10份、1份、90份，渗透剂为辛基酚聚氧乙烯醚，将干骨料投入改性液中，干骨料与改性液的体积比为20:100，搅拌混合均匀，得到悬浮液；

(3)将悬浮液放入密闭容器中，向悬浮液内通入二氧化碳气体，二氧化碳气体的流量为5L/min，当密闭容器内的气压达到160KPa时，反应20min后，停止通入二氧化碳，过滤，将骨料风干后得到改性再生粗骨料。

一种高强度再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将天然细骨料、改性再生粗骨料混合均匀，得到第一混合物；

步骤二，普通硅酸盐水泥、粉煤灰混合均匀得到第二混合物；

步骤三，将聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、纳米碳纤维、水混合均匀，得到第三混合物；

步骤四，将第一混合物和第二混合物依次加入第三混合物中，混合均匀，得到抗渗混凝土。

实施例2：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，微硅粉的重量份数为8份，不锈钢纤维重量份数为9份。

实施例3：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，微硅粉的重量份数为6份，不锈钢纤维重量份数为10份。

实施例4：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，渗透剂、纳米二氧化钛和水的重量份数分别为13份、2份、87份。

实施例5：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，渗透剂、纳米二氧化钛和水的重量份数分别为15份、3份、80份。

实施例6：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，干骨料与改性液的体积比为25:100。

实施例7：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，干骨料与改性液的体积比为30:100。

实施例8：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，渗透剂是壬基酚聚氧乙烯醚。

实施例9：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，渗透剂是脂肪醇聚氧乙烯醚。

实施例10：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，二氧化碳气体的流量为7L/min。

实施例11：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，二氧化碳气体的流量为10L/min。

实施例12：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中将骨料风干后，在骨料表面喷涂环氧树脂与固化剂的混合物，环氧树脂与固化剂的混合物与骨料的重量比为10:100，固化剂为聚酰胺固化剂。

实施例13：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中将骨料风干后，在骨料表面喷涂环氧树脂与固化剂的混合物，环氧树脂与固化剂的混合物与骨料的重量比为15:100，固化剂为酚醛胺固化剂。

实施例14：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中将骨料风干后，在骨料表面喷涂环氧树脂与固化剂的混合物，环氧树脂与固化剂的混合物与骨料的重量比为20:100，固化剂为聚酮胺固化剂。

实施例15：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，其原料包括如下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥 80份；

天然细骨料 55份；

改性再生粗骨料 95份；

粉煤灰 9份；

聚羧酸减水剂 1.5份；

葡萄糖酸钠 10份；

纳米碳纤维 5.5份；

水 40份。

实施例16：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，其原料包括如下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥 85份；

天然细骨料 50份；

改性再生粗骨料 100份；

粉煤灰 10份；

聚羧酸减水剂 2份；

葡萄糖酸钠 12份；

纳米碳纤维 6份；

水 45份。

对比例1：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，其原料包括如下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥 75份；

天然细骨料 60份；

普通再生粗骨料 90份；

粉煤灰 8份；

微硅粉 10份；

聚羧酸减水剂 1份；

葡萄糖酸钠 8份；

纳米碳纤维 5份；

不锈钢纤维 8份；

水 35份；

普通再生粗骨料是指将废弃的混凝土破碎成5～40mm的骨料。

对比例2：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，其原料包括如下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥 75份；

天然细骨料 60份；

普通再生粗骨料 90份；

粉煤灰 8份；

聚羧酸减水剂 1份；

葡萄糖酸钠 8份；

水 35份；

普通再生粗骨料是指将废弃的混凝土破碎成5～40mm的骨料。

对比例3：一种高强度再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入微硅粉、纳米碳纤维和不锈钢纤维。

对比例4：一种高强度再生混凝土，与对比例1的不同之处在于，未加入纳米碳纤维和不锈钢纤维。

对比例5：一种高强度再生混凝土，与对比例1的不同之处在于，未加入微硅粉和不锈钢纤维。

对比例6：一种高强度再生混凝土，与对比例1的不同之处在于，未加入微硅粉和纳米碳纤维。

对比例7：采用公开号为CN107010896A的中国发明专利中的实施例1制备再生混凝土。

性能测试

试验样品：采用实施例1～16中获得的再生混凝土作为试验样品1～16，采用对比例1～7中获得的再生混凝土作为对照样品1～7。

试验方法：依据GB/T17671测试试验样品1～16和对照样品1～7的28天抗压强度，依据GB/T50082～2009按抗渗透高度法测试试验样品1～16和对照样品1～7的抗渗性能。

试验结果：试验样品1～16和对照样品1～7的测试结果如表1所示。由表1可知，对照样品2未加入微硅粉、纳米碳纤维和不锈钢纤维，且采用普通再生粗骨料，对照样品3将普通再生粗骨料替换为改性再生粗骨料后，与对照样品2相比，抗压强度提高，渗透高度降低，对照样品4在对照样品3的基础上加入微硅粉后，与对照样品2相比，抗压强度提高，渗透高度降低，对照样品5对照样品3的基础上加入纳米碳纤维后，与对照样品2相比，抗压强度提高，渗透高度降低，对照样品6对照样品3的基础上加入不锈钢纤维后，与对照样品2相比，抗压强度提高，渗透高度降低。

对照样品1在同时加入微硅粉、纳米碳纤维和不锈钢纤维后，抗压强度大幅提高，渗透高度大幅降低，试验样品1在同时加入微硅粉、纳米碳纤维、不锈钢纤维和改性再生粗骨料后，抗压强度大幅提高，渗透高度大幅降低，且抗压强度增加量大于对照样品3-6的总和，渗透高度降低量大于对照样品3-6的总和，对照样品7与对照样品6持平，抗压强度和抗渗性能远低于试验样品1。

说明本发明通过对普通混凝土骨料改性后，减小再生骨料孔隙率，纳米碳纤维能够填充骨料之间的缝隙，从而使得再生混凝土的孔隙率降低，增强再生混凝土的机械性能，微硅粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，显著提高混凝土抗压性能，加入不锈钢纤维后，大大提高了混凝土的抗压强度，微硅粉、纳米碳纤维、不锈钢纤维和改性再生粗骨料配合使用后，协同增效，能够显著提高混凝土的抗压强度，同时增强抗渗性能。

试验样品12-14的抗压强度最高，渗透高度最低，在骨料表面喷涂环氧树脂与固化剂的混合物，固化剂与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把骨料包络在网状体之中，提高骨料之间的粘接力，进一步提高混凝土的抗压强度。

表1试验样品1～16和对照样品1～7的测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高强度再生混凝土，其特征在于，其原料包括如下重量份数的组分：

普通硅酸盐水泥 75～85份；

天然细骨料 50～60份；

改性再生粗骨料 90～100份；

粉煤灰 8～10份；

微硅粉6～10份；

聚羧酸减水剂 1～2份；

葡萄糖酸钠8～12份；

纳米碳纤维5～6份；

不锈钢纤维8～10份；

水 35～45份；

所述改性再生粗骨料的制备方法为：

（1）将废弃的混凝土破碎成5～40mm的骨料，然后将破碎的骨料用水清洗，自然风干，得到干骨料；

（2）将渗透剂、纳米二氧化钛和水混合均匀形成改性液，将干骨料投入改性液中，搅拌混合均匀，得到悬浮液；

（3）将悬浮液放入密闭容器中，向悬浮液内通入二氧化碳气体，过滤，将骨料风干后，得到改性再生粗骨料。

2.根据权利要求1所述的一种高强度再生混凝土，其特征在于，所述步骤（2）中的渗透剂、纳米二氧化钛和水的重量份数分别为10～15份、1～3份、80～90份。

3.根据权利要求1所述的一种高强度再生混凝土，其特征在于，所述步骤（2）中的干骨料与改性液的体积比为（20～30）:100。

4.根据权利要求1所述的一种高强度再生混凝土，其特征在于，所述步骤（2）中的渗透剂选自辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种高强度再生混凝土，其特征在于，所述步骤（3）中的二氧化碳气体的流量为5～10L/min。

6.根据权利要求1所述的一种高强度再生混凝土，其特征在于，所述步骤（3）中将骨料风干后，在骨料表面喷涂环氧树脂与固化剂的混合物。

7.根据权利要求6所述的一种高强度再生混凝土，其特征在于，所述环氧树脂与固化剂的混合物与骨料的重量比为10～20:100。

8.根据权利要求6所述的一种高强度再生混凝土，其特征在于，所述固化剂选自聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂或聚酮胺固化剂中的任意一种。

9.权利要求1-8中任意一项所述的一种高强度再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将天然细骨料、改性再生粗骨料、不锈钢纤维混合均匀，得到第一混合物；

步骤二，普通硅酸盐水泥、粉煤灰、微硅粉混合均匀得到第二混合物；

步骤三，将聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、纳米碳纤维、水混合均匀，得到第三混合物；

步骤四，将第一混合物和第二混合物依次加入第三混合物中，混合均匀，得到抗渗混凝土。